1. Définitions et principes

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1 Titrages acide-base

2 1. Définitions et principes Un dosage est la détermination d'une concentration d une espèce chimique en solution. Un titrage est un dosage utilisant une transformation chimique par une réaction chimique rapide, totale et univoque. Dans le cadre de réactions acido-basiques, le titrage peut être réalisé par suivi ph métrique ou par virage d un indicateur coloré.

3 2. Titraged un acide fort par une base forte Exemple : Suivi ph métrique de la réaction de l acide chlorhydrique (H 3 O + + Cl - (aq)) avec l hydroxyde de sodium (Na + (aq)+ HO - (aq)) a) Réaction de titrage : H 3 O + + HO - (aq) 2H 2 O (l) K = 10 ΔpKa = 10 14

4 b) dispositif Solution titrante et solution titrée hydroxyde de sodium volume versé : v b concentration c b acide chlorhydrique volume initial v a (+ v eau ) concentration c a 0 1 phmètre ON 2.00 ph C

5 c) Mesures et courbe ph = f(v b ) obtenue c a = 0,05 mol/l -V a = 20 ml -V eau = 20 ml c b = 0,1 mol/l 14,000 13,000 12,000 11,000 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 Point d inflexion E V be saut de ph

6 Variations du ph (fichier LatisPro) La pente de la courbe varie en fonction de V b

7 saut de ph et dérivée dph dv b La dérivée passe par un maximum lors du saut de ph

8 d) Equivalence quand V b augmente, avant l'équivalence, n diminue H O après l'équivalence, n = 0 et n augmente 3 H O HO 3,50E+00 3,00E+00 2,50E+00 n na (mol) + H3O nb (mol) n - HO 2,00E+00 1,50E+00 1,00E+00 5,00E-01 0,00E+00-5,00E-01 V be

9 On observe : quand V b = V be, il y a changement de réactif limitant A l équivalence, les réactifs ont été consommés dans les proportions stœchiométriques. n i (initial) = n introduit à V = V + - H O HO b be 3

10 tableau d avancement Equation H 3 O + + HO - (aq) 2H 2 O (l) Etat avanc t n(h 3 O + ) n(ho - ) n(h 2 O) Etat initial x = 0 n i (H 3 O + ) n(ho - ) versé - encours de transformation x n i (H 3 O + )-x n(ho - ) versé -x 2x À l équivalence x E n i (H 3 O + )- x E = 0 n(ho - ) versé x E = 0 2x E A l équivalence, le tableau d avancement permet de retrouver l égalité n i (initial) = n introduit à V = V + - H O HO b be 3

11 e) ph à l équivalence La courbe ph = f(v b ) montre que ph E = 7 ph E = Lors d un tirage d un acide fort par une base forte, le ph à l équivalence est ph E = 7,0

12 Influence de la concentration C a(1) = 10 x c a(2) =100 x c a(3 ) (1) (2) (3) La dilution initiale de l acide n a pas d influence sur la valeur du ph équivalent

13 f) détermination expérimentale du volume équivalent Avec ExAO ou tableur Le volume équivalent est déterminé à l aide de la dérivée V be

14 Graphiquement Le volume équivalent est déterminé à l aide de la méthode des tangentes. V be

15 g) Titrage de l acide Le but du titrage est la détermination de la concentration de l acide : n i H O 3 + = n = c V a a a A l équivalence n = n a be c V = c V a a b be c a = c V b V a be

16 3. Titrage d un acide faible par une base forte Exemple : Suivi ph métrique de la réaction de l acide éthanoïque (CH 3 COOH (aq) ) avec l hydroxyde de sodium (Na + (aq)+ HO - (aq)) a) Réaction de titrage : CH 3 COOH (aq) + HO - (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) K = 10 ΔpKa = 10 9,2

17 b) dispositif Solution titrante et solution titrée hydroxyde de sodium volume versé : v b concentration c b acide éthanoïque volume initial v a (+ v eau ) concentration c a 0 1 phmètre ON 3.20 ph C

18 c) Mesures et courbe ph = f(v b ) obtenue c a = 0,05 mol/l -V a = 20 ml -V eau = 20 ml c b = 0,1 mol/l ph E Point d inflexion E saut de ph V be

19 d) tableau d avancement Equation CH 3 COOH (aq) + HO - (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) Etat avanc t n(ch 3 COOH) n(ho - ) n(ch 3 COO - ) n(h 2 O) Etat initial x = 0 n i (CH 3 COOH) n(ho - ) versé - en cours de transformation x n i (CH 3 COOH) -x n(ho - ) versé -x x x À l équivalence x E n i (CH 3 COOH) - x E = 0 n(ho - ) versé x E = 0 x E x E A l équivalence, le tableau d avancement permet d écrire l égalité i n = n introduit à V = V HO CH - 3COOH b be

20 Relation à l équivalence on retrouve la relation entre les concentrations des solutions : n = n i a be c V = c V a a b be

21 e) détermination expérimentale du volume équivalent Résultats du TP Le peu de points autour de l équivalence ne permet pas une détermination précise de V BE par la méthode de la dérivée. La méthode des tangentes s avère plus fiable dans ce cas.

22 ph à l équivalence : Le point d équivalence E est à un ph = 8,6. Lors d un titrage d un acide faible par une base forte, ph E > 7

23 f) Taux d avancement final de la réaction de titrage Pour Vb = 7 ml, avant l équivalence ph = 4,9

24 Equation CH 3 COOH (aq) + HO - (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) Etat avanc t n(ch 3 COOH) n(ho - ) n(ch 3 COO - ) n(h 2 O) Etat initial x = 0 n i (CH 3 COOH) n(ho - ) versé - - À l état final x f n i (CH 3 COOH) -x f n(ho - ) versé -x f x f x f Etat final d une réaction totale x max n i (CH 3 COOH) x max =0 n(ho - ) versé x max =0 x max x max n HO -(versé) = c b x v b = 1,0x10-1 x 7,0x10-3 = 7,0x10-4 mol La concentration des ions présents en solution est obtenue à partir du ph = 4,9 [H 3 O + ] = 10-4,9 mol.l -1 [HO - ] = /10-4,9 = 10-9,1 mol.l -1 et la quantité d ions présents est : n HO -(présents) = [HO - ] x V total = 10-9,1 x 47x10-3 = 3,7x10-11 mol La quantité d ions HO - qui ont réagi est x f = n HO -(versé) n HO -(présents) Donc le taux d avancement est xf 7,0x10 3,7x10 τ = = 1-4 x 7,0x10 max La réaction est donc bien totale!

25 4. Titrage colorimétrique Mode opératoire : On repère l équivalence en 2 temps : Un titrage rapide puis un tirage précis à la goutte près Le virage de l indicateur coloré permet de repérer l équivalence. Choix de l indicateur : La zone de virage de l indicateur coloré doit se situer dans le saut de ph (le ph E n étant pas nécessairement dans le zone de virage)

26 5. Titrage d une solution basique Lors du titrage d une solution basique par un acide fort, le ph diminue. L équivalence peut être repérée par la dérivée ou la méthode des tangentes ou encore par titrage colorimétrique. Titrage base forte/acide fort : ph E = 7 Titrage base faible/acide fort : ph E < 7 A l équivalence l espèce basique et les ions oxonium ont été consommés dans les proportions stœchiométriques

27 Titrage d une base faible par un acide fort

28 Exercices d applications pages n 7, 9 (QCM), 11, 16 pages n 3 et 4

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